Ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles for magnetic resonance imaging contrast agent

Journal of Nanoscience and Nanotechnology

Volumn 14, Issue 1, 2014, Pages 210-220

  Zhao, Xueling ^a   Zhao, Hongli ^a   Chen, Zongyan ^a   Lan, Minbo ^a,b  

^a EAST CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (China)

^b EAST CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (China)

Author keywords

Blood brain barrier (BBB); Contrast agent; Magnetic resonance imaging (MRI); Reticuloendothelial system (RES); Ultrasmall superparamagnetic iron oxides (USPIOs)

Indexed keywords

BIOLOGICAL APPLICATIONS; BLOOD-BRAIN BARRIER; CONTRAST AGENT; DETECTION AND DIAGNOSIS; MAGNETIC RESONANCE IMAGING CONTRAST AGENTS; RETICULOENDOTHELIAL SYSTEMS; ULTRASMALL SUPERPARAMAGNETIC IRON OXIDE; ULTRASMALL SUPERPARAMAGNETIC IRON OXIDE NANOPARTICLES;

BLOOD; IRON OXIDES; MAGNETIC RESONANCE IMAGING; SUPERPARAMAGNETISM;

DIAGNOSIS;

CONTRAST MEDIUM; DEXTRAN; DIAGNOSTIC AGENT; FERUMOXTRAN-10; MAGNETITE NANOPARTICLE; ULTRASMALL SUPERPARAMAGNETIC IRON OXIDE;

ANIMAL; CHEMISTRY; HUMAN; IMAGE ENHANCEMENT; METHODOLOGY; MOLECULAR IMAGING; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE IMAGING; PARTICLE SIZE; REVIEW; SYNTHESIS; ULTRASTRUCTURE;

ANIMALS; CONTRAST MEDIA; DEXTRANS; HUMANS; IMAGE ENHANCEMENT; MAGNETIC RESONANCE IMAGING; MAGNETITE NANOPARTICLES; MOLECULAR IMAGING; PARTICLE SIZE;

EID: 84893764854     PISSN: 15334880     EISSN: 15334899     Source Type: Journal    
DOI: 10.1166/jnn.2014.9192     Document Type: Review

References (133)

1. A. E. Merbach and E. Toth, The Chemistry of Contrast Agents in Medical Magnetic Resonance Imaging, Wiley, New York (2001).
2. Z. Li, S. X. Wang, Q. Sun, H. L. Zhao, H. Lei, M. B. Lan, Z. X. Cheng, X. L. Wang, S. X. Dou, and G. Q. Lu, Adv. Healthcare Mater. 2, 958 (2013).
3. X. Hu and D. G. Norris, Annu. Rev. Biomed. Eng. 6, 157 (2004).
4. P. M. Winter, S. D. Caruthers, S. A. Wickline, and G. M. Lanza, Curr. Cardiol. Rep. 8, 65 (2006).
5. M. F. Bennewitz, S. S. Williams, M. K. Nkansah, and E. M. Shapiro, J. Nanosci. Nanotech. 13, 3778 (2013).
6. Z. Y. Wang, G. Liu, J. Y. Sun, Q. Y. Gong, B. Song, H. Ai, and Z. W. Gu, J. Nanosci. Nanotech. 12, 879 (2012).
7. P. Caravan, J. J. Ellison, T. J. McMurry, and R. B. Lauffer, Chem. Rev. 99, 2293 (1999).
8. J. L. Major and T. J. Meade, Acc. Chem. Res. 42, 893 (2009).
9. C. Y. Shu, F. D. Corwin, J. F. Zhang, Z. J. Chen, J. E. Reid, J. H. Sun, W. Xu, J. H. Sim, C. Wang, P. P. Fatouros, A. R. Esker, H. W. Gibson, and H. C. Dorn, Bioconjug. Chem. 20, 1186 (2009).
10. A. M. Morawski, G. A. Lanza, and S. A. Wickline, Curr. Opin. Biotechnol. 16, 89 (2005).
11. E. Taboada, R. Solanas, E. Rodriguez, R. Weissleder, and A. Roig, Adv. Funct. Mater. 19, 2319 (2009).
12. M. H. Mendonca Dias and P. C. Lauterbur, Magn. Reson. Med. 3, 328 (1986).
13. R. C. Semelka and T. K. G. Helmberger, Radiology 218, 27 (2001).
14. R. R. Qiao, C. H. Yang, and M. Y. Gao, J. Mater. Chem. 19, 6274 (2009).
15. F. Q. Hu, L. Wei, Z. Zhou, Y. L. Ran, Z. Li, and M. Y. Gao, Adv. Mater. 18, 2553 (2006).
16. Z. Li, L. Wei, M. Y. Gao, and H. Lei, Adv. Mater. 17, 1001 (2005).
17. C. Sun, J. S. H. Lee, and M. Q. Zhang, Adv. Drug Deliv. Rev. 60, 1252 (2008).
18. D. Maity, P. Chandrasekharan, C. T. Yang, K. H. Chuang, B Shuter, J. M. Xue, J. Ding, and S. S. Feng, Nanomedicine 5, 1571 (2010).
19. Y. X. Wang, S. M. Hussain, and G. P. Krestin, Eur. Radiol. 11, 2319 (2001).
20. B. Bonnemain, J. Drug Target 3, 167 (1998).
21. M. G. Harisinghani, J. Barentsz, P. F. Hahn, W. M. Deserno, S. Tabatabaei, C. H. van de Kaa, Jean de la Rosette, and R. Weissleder, N. Engl. J. Med. 348, 2491 (2003).
22. O. Veiseh, Adv. Drug Deliv. Rev. 62, 284 (2010).
23. S. Saini, R. R. Edelman, P. Sharma, W. Li, W. M. Smith, G. J. Slater, P. J. Eisenberg, and P. F. Hahn, AJR. Am. J. Roentgenol. 164, 114 (1995).
24. R. Weissleder, G. Elizondo, J. Wittenberg, A. S. Lee, L. Josephson, and T. J. Brady, Radiology 175, 494 (1990).
25. Z. Li, H. Chen, H. B. Bao, and M. Y. Gao, Chem. Mater. 8, 1391 (2004).
26. P. Varallyay, G. Nesbit, J. Delashaw, J. Cohen, A. Petrillo, and E. Neuwelt, AJN. Am. J. Neuroradiol 23, 510 (2002).
27. E. A. Neuwelt, P. Várallyay, A. G. Bagó, L. L. Muldoon, G. Nesbit, and R. Nixon, Neuropathol. Appl. Neurobiol. 30, 456 (2004).
28. E. A. Neuwelt, R. Weissleder, G. Nilaver, R. Kroll, R. G. Simon, J. Szumowski, M. Pagel, R. Jones, L. Remsen, C. McCormick, E. Shannon, and L. Muldoon, Neurosurgery 34, 777 (1994).
29. S. A. Schmitz, M. Taupitz, S. Wagner, K. J. Wolf, D. Beyersdorff, and B. Hamm, J. Magn. Reson. Imaging. 14, 355 (2001).
30. M. E. Kooi, V. C. Cappendijk, K. B. J. M. Cleutjens, A. G. H. Kessels, P. J. E. H. M. Kitslaar, M. Borgers, P. M. Frederik, M. J. A. P. Daemen, and J. M. A. van Engelshoven, Circulation 107, 2453 (2003).
31. P. C. Lauterbur, Nature 242, 190 (1973).
32. K. M. Mudry, R. Plonsey, and J. Bronzino, Biomedical Imaging, CRC Press, Boca Raton (2003).
33. W. F. Brown, Phys. Rev. 1, 1677 (1963).
34. D. Jiles, Introduction to Magnetism and Magnetic Materials, Chapman and Hall, London (1991).
35. A. H. Morrish, The Physical Principles of Magnetism, IEEE Press, New York (2001).
36. Q. A. Pankhurst, J. Connolly, S. K. Jones, and J. Dobson, J. Phys. D-Appl. Phys. 36, 167 (2003).
37. G. L. Wolf and E. S. Fobben, Invest. Radiol. 19, 324 (1984).
38. H. J. Weinmann, R. C. Brasch, W. R. Press, and G. E. Wesbey, Am. J. Roentgenol. 142, 619 (1984).
39. Y. W. Jun, J. W. Seo, and J. W. Cheon, Acc. Chem. Res. 41, 179 (2008).
40. A. K. Gupta and M. Gupta, Biomaterials 26, 3995 (2005).
41. S. Laurent, D. Forge, M. Port, A. Roch, C. Robic, L. V. Elst, and R. N. Muller, Chem. Rev. 108, 2064 (2008).
42. H. S. Choi, W. Liu, P. Misra, E. Tanaka, J. P. Zimmer, B. I. Ipe, M. G. Bawendi, and J. V. Frangioni, Nat. Biotechnol. 25, 1165 (2007).
43. T. Ahmad, I. Rhee, S. W. Hong, Y. M. Chang, and J. J. Lee, J. Nanosci. Nanotech. 11, 5645 (2011).
44. T. Neuberger, B. Schopf, H. Hofmann, M. Hofmann, and B. von Rechenberg, J. Magn. Magn. Mater. 293, 483 (2005).
45. P. L. Brannon and J. O. Blanchette, Adv. Drug Deliv. Rev. 56, 1649 (2004).
46. M. C. Garnett and P. Kallinteri, Occup. Med. 56, 307 (2006).
47. C. C. Berry, S. Charles, S. Wells, M. J. Dalby, and A. S. G.Curtis, Int. J. Pharm. 269, 211 (2004).
48. K. Briley-Saebo, A. Bjørnerud, D. Grant, H. Ahlstrom, T. Berg, and G. M. Kindberg, Cell. Tiss. Res. 316, 315 (2004).
49. C. C. Berry, J. Phys. D. Appl. Phys. 42, 224003 (2009).
50. A. Tanimoto and S. Kuribayashi, Eur. J. Radiol. 58, 200 (2006).
51. A. K. Gupta and S. Wells, IEEE Trans. Nanobiosci. 3, 66 (2004).
52. J. A. Firth, J. Anat. 200, 541 (2002).
53. A. Hirano and T. Matsui, Hum. Pathol. 6, 611 (1975).
54. L. A. Harris, J. D. Goff, A. Y. Carmichael, J. S. Riffle, J. J. Harburn, T. G. S. Pierre, and M. Saunders, Chem. Mater. 15, 1367 (2003).
55. S. Mann, H. C. Sparks, and R. G. Board, Adv. Microb. Physiol. 31, 125 (1990).
56. R. V. Kumar, Y. Koltypin, X. N. Xu, Y. Yeshurun, A. Gedanken, and I. Felner, J. Appl. Phys. 89, 6324 (2001).
57. T. Hyeon, S. S. Lee, J. Park, Y. Chung, and H. B. Na, J. Am. Chem. Soc. 123, 12798 (2001).
58. Y. S. Kang, S. Risbud, J. F. Rabolt, and P. Stroeve, Chem. Mater. 8, 2209 (1996).
59. F. Q. Hu, Q. J. Jia, Y. L. Li, and M. Y. Gao, nanotechnology 22, 245604 (2011).
60. Z. Li, P. W. Yi, Q. Sun, H. Lei, H. L. Zhao, Z. H. Zhu, S. C. Smith, M. B. Lan, and G. Q. Lu, Adv. Funct. Mater. 22, 2387 (2012).
61. U. I. Tromsdorf, O. T. Bruns, S. C. Salmen, and U. Beisiegel, Nano Lett. 12, 4434 (2009).
62. J. Y. Park, P. Daksha, G. H. Lee, S. Woo, and Y. M. Chang, Nanotechnology 19, 365603 (2008).
63. F. Q. Hu, K. W. MacRenaris, E. A. Waters, T. Y. Liang, E. A. Schultz-Sikma, A. L. Eckermann, and T. J. Meade, J. Phys. Chem. C 113, 20855 (2009).
64. C. B. Murray, D. J. Norris, and M. G. Bawendi, J. Am. Chem. Soc. 115, 8706 (1993).
65. X. Peng, J. Wickham, and A. P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc. 120, 5343 (1998).
66. S. O. Brien, L. Brus, and C. B. Murray, J. Am. Chem. Soc. 123, 12085 (2001).
67. L. F. Gamarra, E. J. Amaro, S. Alves, D. Soga, W. M. Pontuschka, J. B. Mamani, S. M. Carneiro, G. E. S. Brito, and A. M. Figueiredo Neto, J. Nanosci. Nanotech. 10, 4145 (2010).
68. S. Sun, H. Zeng, D. B. Robinson, S. Raoux, P. M. Rice, S. X. Wang, and G. Li, J. Am. Chem. Soc. 126, 273 (2004).
69. F. X. Redl, C. T. Black, G. C. Papaefthymiou, R. L. Sandstrom, M. Yin, H. Zeng, C. B. Murray, and S. P. O. Brien, J. Am. Chem. Soc. 126, 14583 (2004).
70. J. Rockenberger, E. C. Scher, and A. P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc. 121, 11595 (1999).
71. D. Farrell, S. A. Majetich, and J. P. Wilcoxon, J. Phys. Chem. B 107, 11022 (2003).
72. N. R. Jana, Y. Chen, and X. Peng, Chem. Mater. 16, 3931 (2004).
73. A. C. S. Samia, K. Hyzer, J. A. Schlueter, C. J. Qin, J. S. Jiang, S. D. Bader, and X. M. Lin, J. Am. Chem. Soc. 127, 4126 (2005).
74. Y. Li, M. Afzaal, and P. O. Brien, J. Mater. Chem. 16, 2175 (2006).
75. C. Feldmann and H. O. Jungk, Angew. Chem., Int. Ed. 40, 359 (2001).
76. J. Wan, W. Cai, X. Meng, and E. Liu, Chem. Commun. 47, 5004 (2007).
77. J. Wan, W. Cai, X. Meng, and E. Liu, Chem. Commun. 8, 968 (2009).
78. G. Viau, F. Ravel, O. Acher, F. Fiévet-Vincent, and F. Fiévet, J. Appl. Phys. 76, 6570 (1994).
79. S. Laurent, D. Forge, M. Port, A. Roch, C. Robic, L. V. Elst, and R. N. Muller, Chem. Rev. 108, 2064 (2008).
80. F. Hu, L. Wei, Z. Zhou, Y. Ran, Z. Li, and M. Gao, AdV. Mater. 18, 2553 (2006).
81. Y. W. Jun, Y. M. Huh, J. S. Choi, J. H. Lee, H. T. Song, S. Kim, S. Yoon, K. S. Kim, J. S. Shin, J. S. Suh, and J. Cheon, J. Am. Chem. Soc. 127, 5732 (2005).
82. E. V. Groman, J. C. Bouchard, C. P. Reinhardt, and D. E. Vaccaro, Bioconjugate. Chem. 18, 1763 (2007).
83. T. Shen, R. Weissleder, M. Papisov, A. Bogdanov, and J. T. Brady, J. Magn. Reson. Med 29, 599 (1993).
84. H. K. Pannu, K. P. Wang, T. L. Borman, and D. A. Bluemke, J. Magn. Reson. Imaging 12, 899 (2000).
85. J. Bulte and R. Brooks, Magnetic Nanoparticles as Contrast Agent for MR Imaging: Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers, Plenum Press, New York (1997).
86. W. Leenders, Drugs 6, 987 (2003).
87. V. Dousset, C. Delalande, L, Ballarino, B, Quesson, D. Seihan, M. Coussemacq, E. Thiaudieere, B. Brochet, P. Canioni, and J. M. Caille, Magn. Reson. Med. 41, 329 (1999).
88. M. Rausch, P. Hiestand, D. Baumann, C. Cannet, and M. Rudin, Magn. Reson. Med. 50, 309 (2003).
89. Y. X. J. Wang, S. M. Hussain, and G. P. Krestin, Eur. Radiol. 11, 2319 (2001).
90. R. Weissleder, G. Elizondo, J. Wittenberg, C. A. Rabito, H. H. Bengele, and L. Josephson, Radiology 175, 489 (1990).
91. M. F. Bellin, C. Beigelman, and S. PrecettiMorel, Eur. J. Radiol. 34, 257 (2000).
92. C. Corot, P. Robert, J. M. Idee, and M. Port, Adv. Drug Del. Rev. 58, 1471 (2006).
93. E. Seneterre, R. Weissleder, D. Jaramillo, P. Reimer, A. S. Lee, T. J. Brady, and J. Wittenberg. Radiology 179, 529 (1991).
94. V. Dousset, C. Delalande, L. Ballarino, B. Quesson, D. Seilhan, M. Coussemacq, E. Thiaudiere, B. Brochet, P. Canioni, and J. M. Caille, Magn. Reson. Med. 41, 329 (1999).
95. B. Arvin, L. F. Neville, F. C. Barone, and G. Z. Feuerstein, Neurosci. Biobehav. R 20, 445 (1996).
96. S. J. McLachlan, M. R. Morris, M. A. Lucas, R. A. Fisco, M. N. Eakins, D. R. Fowler, R. B. Scheerz, and A. Y. Qlukotun, J. Magn. Reson. Imaging 4, 301 (1994).
97. D. G. Mitchell, J. Magn. Reson. Imaging 7, 1 (1997).
98. R. B. Lauffer, D. J. Parmelee, S. U. Dunham. H. S. Ouellet, R. P. Dolan, S. Witte, T. J. Mcmurry, and R. C. Walovitch, Radiology 207, 529 (1998).
99. M. V. Knopp, H. von Tengg-Kobligk, F. Floemer and S. O. Schoenberg, J. Magn. Reson. Imaging 10, 314 (1999).
100. J. M. Lucia, M. D. Kroft, and A. de Roos, J. Magn. Reson. Imaging 10, 395 (1999).
101. W. W. Mayo-Smith, S. Saini, G. Slater, J. A. Kaufman, P. Sharma, and P. F. Hahn, AJR Am. J. Roentgenol 166, 73 (1996).
102. P. Reimer, T. Allkemper, L. Matuszewski, and T. Balzer, J. Magn. Reson. Imaging 10, 65 (1999).
103. F. R. Korosec, P. A. Turski, T. J. Carroll, C. A. Mistretta, and T. M. Grist, J. Magn. Reson. Imaging 10, 317 (1999).
104. K. E. Kellar, D. K. Fujii, W. H. H. Gunther, K. Briley-Sabo, A. Bjornerud, M. Spiller, and S. H. Koenig, J. Magn. Reson. Imaging 1, 488 (2000).
105. N. H. Bunce, J. C. C. Moon, N. G. Bellenger, J. Keegan, F. Grothues, J. A. McCrohon, J. M. Francis, G. C. Smith, E. D. Burman, D. N. Firmin, V. W. Hoffmann, and D. J. Pennell, J. Cardiovasc. Magn. Reson. 16, 217 (2001).
106. N. H. Bunce, J. Keegan, P. D. Gatehouse, J. C. C. Moon, D. N. Firmin, V. Hoffmann, and D. J. Pennell, J. Magn. Reson. Imaging 10, 404 (2002).
107. A. E. Stillman, N. Wilke, D. Li, M. Haacke, and S. McLachlan, J. Comput. Assist. Tomogr 20, 51 (1996).
108. Y. Anzai, M. R. Prince, T. L. Chenevert, J. H. Maki, F. Londy, M. London, and S. J. McLachlan, J. Magn. Reson. Imaging 7, 209 (1997).
109. P. Loubeyre, S. Zhao, E. Canet, H. Abidi, S. Benderbous, and D. Revel, J. Magn. Reson. Imaging 7, 958 (1997).
110. F. D. Knollmann, J. C. Bock, S. Teltenkotter, W. Wlodarczyk, A. Muhler, T, J. Vogl, and R. felix, J. Magn. Reson. Imaging 7, 191 (1997).
111. J. Zheng, J. Carr, K. Harris, M. B. Saker, F. M. Cavagna, F. Maggioni, G. Laub, D. Li, and J. P. Finn, J. Magn. Reson. Imaging 14, 425 (2001).
112. U. Hoffmann, C. Loewe, C. Bernhard, M. Weber, M. Cejna, C. J. Herold, and W. Schima, J. Magn. Reson. Imaging 15, 429 (2002).
113. H. S. Choi, W. Liu, P. Misra, E. Tanaka, J. P. Zimmer, B. I. Ipe, M. G. Bawendi, and J. V. Frangioni, Nat. Biotechnol. 25, 1165 (2007)
114. Y. Anzai, K. E. Blackwell, S. L. Hirschowitz, J. W. Rogers, Y. Sato, W. T. C. Yuh, V. M. Runge, M. R. Morris, S. McLachlan, and R. B. Lufkin, Radiology 192, 709 (1994).
115. S. J. Mclanchlan, M. R. Morris, M. A. Lucas, R. A. Fisco, M. N. Eakins, D. R. Fowler R. B. Scheeta, and A. Y. Olukotun, J. Magn. Reson. Imaging 4, 301 (1994).
116. H. H. Bengele, S. Palmacci, J. Rogers, C. W. Jung, J. Crenshaw, and L. Josephson, J. Magn. Reson. Imaging 12, 433 (1994).
117. H. Frank, A. Weissleder, and T. J. Brady, AJR 162, 209 (1994).
118. W. Li, S. Tutton, A. T. Vu, L. Pierchala, B. S. Y. Li, J. M. Lewis, P. V. Prasad, and R. R. Edelman, J. Magn. Reson. Imaging 21, 46 (2005).
119. P. Reimer, C. Marx, E. J. Rummeny, M. Muller, M. Lentschig, T. Balzer, K. H. Dietl, U. Sulkowski, T. Berns, K. Shamsi, and P. E. Peters, J. Magn. Reson. Imaging 7, 945 (1997).
120. C. Klein, S. Schalla, B. Schnackenburg, A. Bornstedt, V. Hoffmann, E. Fleck, and E. Nagel, J. Magn. Reson. Imaging 17, 656 (2003).
121. A. Schnorr, S. Wagner, C. Abramjuk, I. Wojner, T. Schink, T. J. Kroencke, E. Schellenberger, B. Hamm, H. Pilgrimm, and M. Taupitz, Invest. Radiol. 39, 546 (2004).
122. A. E. Stillman, N. Wilke, D. B. Li, E. M. Haacke, and S. McLachlan, J. Comput. Assisted Tomogr. 20, 51 (1996).
123. A. E. Stillman, N. Wilke, and M. Jerosch-Herold, J. Magn. Reson. Imaging 7, 765 (1997).
124. W. W. Mayo-Smith, S. Saini, G. Slater, J. A. Kaufman, P. Sharma, and P. F. Hahn, Am. J. Roentgenol. 166, 73 (1996).
125. L. Rohl, L. Ostergaard, C. Z. Simonsen, P. Vestergaard-Poulsen, L. Sorensen, A. Bjornerud, K. B. Saebo, and C. Gyldensted, Acta Radiologica 40, 282 (1999).
126. A. M. Taylor, J. R. Panting, J. Keegan, P. D. Gatehouse, D. Amin, P. Jhooti, G. Z. Yang, S. McGill, E. D. Burman, J. M. Francis, D. N. Firmin, and D. J. Pennell, J. Magn. Reson. Imaging 9, 220 (1999).
127. K. H. Ahlstrom, L. O. Johansson, J. B. Rodenburg, A. S. Ragnarsson, P. Akeson, and A. Borseth, Radiology 211, 865 (1999).
128. D. Weishaupt, P. R. Hilfiker, M. Schmidt, and J. F. Debatin, Cardiovascular and Interventional Radiology 22, 321 (1999).
129. P. R. Hilfiker, G. G. Zimmermann-Paul, M. Schmidt, H. P. Klotz, G. M. Kacl, and J. F. Debatin, Radiology 209, 769 (1998).
130. T. Ichikawa, A. S. Arbab, T. Araki, K. Touyama, H. Haradome, J. Hachiya, M. Yamaguchi, H. Kumagai, and S. Aoki, Am. J. Roentgenol. 173, 207 (1999).
131. H. E. Daldrup-Link, J. Rydland, T. H. Helbich, A. Bjornerud, K. Turetschek, K. A. Kvistad, E. Kaindl, T. M. Link, K. Staudacher, D. Shames, R. C. Brasch, O. Haraldseth, and E. J. Rummeny, Radiology 229, 885 (2003).
132. Y. W. Jun, J. H. Lee, and J. W. Cheon, Angew. Chem. Int. Ed. 47, 5122 (2008).
133. E. A. Neuwelt, B. E. Hamilton, C. G. Varallyay, W. R. Rooney, R. D. Edelman, P. M. Jacobs, and S. G. Watnick, Kidney International 75, 465 (2009).